Дипольный магнит

Дипольный магнит — самый простой тип магнита . У него есть два полюса: один северный и один южный. Линии его магнитного поля образуют простые замкнутые петли, которые выходят из северного полюса, снова входят в южный полюс, а затем проходят через тело магнита. Простейшим примером дипольного магнита является стержневой магнит . ^[1]

Дипольные магниты в ускорителях

Дипольный магнит из усовершенствованного источника фотонов

В ускорителях частиц дипольный магнит — это электромагнит, используемый для создания однородного магнитного поля на некотором расстоянии. Движение частицы в этом поле будет круговым в плоскости, перпендикулярной полю и коллинеарной направлению движения частицы, и свободным в направлении, ортогональном ему.Таким образом, частица, инжектированная в дипольный магнит, будет двигаться по круговой или винтовой траектории. Добавление нескольких секций диполя в одной плоскости увеличивает радиальный эффект изгиба луча.

В физике ускорителей дипольные магниты используются для реализации изгибов расчетной траектории (или «орбиты») частиц, как в круговых ускорителях. Другие варианты использования включают в себя:

Впрыск частиц в ускоритель
Выброс частиц из ускорителя
Исправление орбиты ошибок
Производство синхротронного излучения

Силу, действующую на заряженную частицу в ускорителе частиц со стороны дипольного магнита, можно описать законом силы Лоренца , согласно которому на заряженную частицу действует сила

\mathbf {F} =q\mathbf {E} +q\mathbf {v} \times \mathbf {B}

(в единицах СИ ). В случае дипольного магнита ускорителя частиц пучок заряженных частиц изгибается за счет векторного произведения скорости частицы и вектора магнитного поля, причем направление также зависит от заряда частицы.

Величина силы, которую можно приложить к заряженной частице с помощью дипольного магнита, является одним из ограничивающих факторов для современных синхротронных и циклотронных ускорителей протонов и ионов. По мере того, как энергия ускоренных частиц увеличивается, им требуется больше силы для изменения направления и требуются более крупные B- поля для управления. Ограничения на величину B- поля, которое может быть создано с помощью современных дипольных электромагнитов, требуют увеличения размеров синхротронов/циклотронов (таким образом увеличивая количество используемых дипольных магнитов), чтобы компенсировать увеличение скорости частиц. В крупнейшем современном синхротроне, Большом адронном коллайдере , для изменения траектории пучка частиц используются 1232 основных дипольных магнита, каждый из которых весит 35 метрических тонн. ^[2]

Другое использование

Другие применения дипольных магнитов для отклонения движущихся частиц включают измерение изотопной массы в масс-спектрометрии и измерение импульса частиц в физике элементарных частиц .

Такие магниты также используются в традиционных телевизорах, которые содержат электронно-лучевую трубку , которая по сути является ускорителем малых частиц . Их магниты называются отклоняющими катушками . Магниты контролируемым образом перемещают одну точку на экране телевизионной трубки по всему экрану.

См. также

Ссылки

^ [Гиперфизика «Стержневой магнит»; http://hyperphysicals.phy-astr.gsu.edu/hbase/Magnetic/elemag.html ]
^ [«Собираемся вместе: сверхпроводящие электромагниты» ЦЕРН; https://home.cern/science/engineering/pulling-together-superconducting-electromagnets ]

Внешние ссылки

СМИ, связанные с дипольным магнитом, на Викискладе?

[hyperp-1] [Гиперфизика «Стержневой магнит»; http://hyperphysicals.phy-astr.gsu.edu/hbase/Magnetic/elemag.html ]

[CERN-MAG-2] [«Собираемся вместе: сверхпроводящие электромагниты» ЦЕРН; https://home.cern/science/engineering/pulling-together-superconducting-electromagnets ]

[1]

[2]